Computertomographie

Bezeichnet im Allgemeinen ein Verfahren, bei dem aus systematischen Beobachtungen eines Objekts auf dessen innere Beschaffenheit geschlossen werden kann. Das entsprechende mathematische Verfahren wurde durch den österreichischen Mathematiker Johann Radion entwickelt. Zumeist wird mit dem Begriff Computertomographie aufgrund ihrer Verbreitung und ihrer zunehmenden Bedeutung für die Gussteilprüfung die Röntgencomputertomographie verbunden, obwohl auch andere tomographische Verfahren (z.B. Ultraschalltomographie) möglich sind.

Bei der Röntgencomputertomographie wird aus einer Vielzahl an radioskopischen Aufnahmen (Radioskopie) der Probe ein dreidimensionales Modell des untersuchten Probenvolumens erzeugt. Dabei entspricht der Wert jedes Punkts im Modell idealerweise dem linearen Röntgenabsorptionskoeffizienten an der korrespondierenden Stelle in der Probe. Der Röntgenabsorptionskoeffizient ist vor allem von der Materialdichte abhängig, weshalb oft in erster Näherung von einem Dichteabbild der Probe gesprochen werden kann. Dadurch kann die Computertomographie einen überlagerungsfreien Einblick in die innere Struktur eines Bauteils geben, wodurch es möglich ist, Einschlüsse, Lunker, Porosität oder einen mehrphasigen Objektaufbau zu erkennen. Zusätzlich können äußere aber auch innere Geometrien vermessen werden.

In der industriellen (nicht medizinischen) Computertomographie wird gewöhnlich eine Probe im Röntgenstrahl um die eigene Achse gedreht. Dabei werden aus unterschiedlichen Winkelpositionen Röntgenbilder des Prüflings gemacht. Die Anzahl der aufzunehmenden Projektionen hängt dabei von der Anzahl der zu rekonstruierenden Datenpunkte im Volumen ab, beträgt im Normalfall mehrere hundert Aufnahmen. Man unterscheidet oftmals zwischen den Aufnahmeanordnungen der heute in der Gussteilprüfung zumeist verbreiteten 3D-Computertomographie und der 2D-Computertomographie. Aus den einzelnen Durchstrahlungsaufnahmen wird in der Rekonstruktion ein Voxel-Datensatz berechnet. Dieser kann anschließend in 2D und 3D visualisiert werden. Die Bilder 1 bis 4 (YXLON International GmbH) zeigen Ausführungsbeispiele 

Die ideale Geometrie einer Probe in der Computertomographie ist ein Zylinder, der in allen Durchstrahlungsrichtungen dieselbe maximale Materialdicke aufweist. Dadurch wird ein Informationsverlust bei der Aufnahme durch eine Übersättigung des Detektors an dünnen Materialbereichen bzw. durch eine unzureichende Durchdringung in dicken Materialpartien vermieden. Im Gegensatz dazu ist eine Plattenform eine ungünstige Probengeometrie, da in einem Extrem nur die Plattendicke und im andern Extrem die gesamte Plattenbreite durchstrahlt werden muss.

Die erzielbare Auflösung in der Computertomographie hängt im Wesentlichen von der Probengröße, der Leistungsfähigkeit (Fokus, Energie, Strahlungsintensität) der Röntgenröhre und der Zusammensetzung der Probe ab. Die Aufnahmezeiten in der Computertomographie schwanken je nach Anwendung und Anforderungen an die Messung zwischen < 1 Minute und mehreren Stunden.

Eine Neuentwicklung ist die InlineCT, die die Methoden der schnellen Computertomographie für die Massenproduktion umfasst.

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